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| 編輯推薦： |
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本书为Austin Hughes教授于1990年所著，当前版本已更新至第5版，是一本深受广大电机行业从业者认可的电气工程领域参考书籍。作为英国利兹大学创新电机及其驱动器研究团队的核心成员，Austin Hughes教授长期耕耘于电机及其驱动领域，研究工作颇有建树。本书涵盖了所有重要的电机和驱动器类型，包括直流电机、感应电机、同步电机、开关磁阻电机以及步进电机等，并尽可能地对各类电机及其驱动器的工作原理、运行特性和控制方法等进行了通俗易懂的介绍。本书填补了专业教材和工程技术手册之间的空白，是当前电机及其驱动领域较为知名的参考图书之一。
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| 內容簡介： |
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《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》全面介绍了电机及其驱动系统的相关内容，主要包括各类电机(直流电机、感应电机、同步电机、开关磁阻电机和步进电机)及其驱动系统的基本工作原理、运行特性的分析与计算，由各类电机所组成的驱动系统的调速、起动和制动方法，各类电机驱动器的典型拓扑结构与控制策略，电机及其驱动器的选用方法等。《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》内容通俗易懂、深入浅出，强调物理概念，文字简练流畅，且各章均包含有简介和习题，以方便读者阅读和加深理解。《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》可作为电气工程专业本科生和研究生的专业基础教材，也可作为相关专业在电机及其驱动领域的入门性教材，还可作为相关专业技术人员的参考用书。
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| 關於作者： |
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Austin Hughes，英国利兹大学创新电机及其驱动器研究团队的资深成员，以通俗易懂的写作风格而闻名，为包括学生、管理人员、技术人员和工程师等在内的广大读者群体深入理解电机复杂问题提供了帮助。Bill Drury，英国注册工程师，英国工程技术学会会士，电力电子、电机及其驱动领域独立顾问，布里斯托大学创新客座教授，纽卡斯尔大学客座教授。他在西门子和劳斯莱斯从业长达45年，并在尼得科控制技术担任技术总监长达20年。
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目录译者序前言第1章 电机基础知识11.1简介11.2旋转运动的产生11.2.1磁场和磁通21.2.2磁通密度31.2.3导体受力41.3磁路51.3.1磁动势71.3.2磁路与电路类比71.3.3气隙81.3.4磁阻和气隙磁通密度91.3.5饱和101.3.6电机的磁路111.4转矩的产生121.4.1转矩的大小131.4.2开槽的作用141.5转矩和电机体积151.5.1单位电磁负荷151.5.2转矩和转子体积161.5.3输出功率——转速的重要性171.5.4功率密度（单位体积输出功率）181.6能量转换——运动电动势181.6.1原型电机——静止状态191.6.2功率——导体以恒定速度运动201.7等效电路221.7.1电动机运行和发电机运行221.8恒定电压状态运行231.8.1空载特性231.8.2负载特性251.8.3输入电压与感应电动势和效率的关系261.8.4原型电机的分析——结论271.9电机的一般特性281.9.1工作温度与冷却281.9.2转矩密度（单位体积转矩）281.9.3功率密度和效率——速度的重要性291.9.4尺寸影响——比转矩和效率291.9.5额定电压291.9.6短时过载291.10习题30第2章 电机驱动用电力电子变换器312.1简介312.1.1电机驱动系统的总体架构322.2电压控制——直流供电、直流输出332.2.1开关控制342.2.2晶体管斩波器352.2.3感性负载斩波器——过电压保护372.2.4升压变换器392.3可控整流——交流供电、直流输出412.3.1晶闸管412.3.2单脉冲整流器422.3.3单相全控整流器——输出电压及控制432.3.4三相全控整流器472.3.5输出电压范围482.3.6触发电路492.4逆变器——直流供电、交流输出492.4.1单相逆变器492.4.2输出电压控制512.4.3三相逆变器562.4.4多电平逆变器582.4.5制动602.4.6有源前端602.5交-交变频612.5.1交-交变频器612.5.2矩阵变换器632.6逆变器开关器件642.6.1双极结型晶体管（BJT）652.6.2金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）652.6.3绝缘栅双极型晶体管（IGBT）662.7变频器的波形、噪声和冷却662.7.1开关器件的冷却——热阻662.7.2散热器和强制风冷672.8习题68第3章 直流电机703.1简介703.2转矩产生机理723.2.1换向器的作用733.2.2换向器的工作原理743.3运动电动势763.3.1等效电路783.4直流电机的稳态性能793.4.1空载转速793.4.2性能计算示例803.4.3负载运行813.4.4额定转速和弱磁853.4.5电枢反应873.4.6最大输出功率873.5瞬态过程883.5.1动态响应和时间常数893.6四象限运行和再生制动913.6.1全速再生制动933.6.2能耗制动953.7并励和串励直流电机953.7.1并励直流电机稳态性能963.7.2串励直流电机稳态性能973.7.3通用电机993.8自励直流电机993.9微型电机1013.10习题102第4章 直流电机传动系统1054.1简介1054.2晶闸管直流驱动器概述1054.2.1变换器驱动电机运行1074.2.2直流电机的电流波形1074.2.3断续电流1094.2.4变换器输出阻抗与重叠角1114.2.5四象限运行和逆变1124.2.6单变换器反向驱动运行1134.2.7双变换器反向驱动运行1144.2.8功率因数和电源影响1154.3直流传动控制系统1154.3.1电流限制和保护1174.3.2转矩控制1184.3.3转速控制1194.3.4全速域运行1204.3.5电枢电压反馈和IR补偿1214.3.6电流开环控制1214.4斩波式直流电机驱动装置1214.4.1直流斩波驱动器的性能1224.4.2转矩转速特性和控制方法1244.5直流伺服驱动系统1244.5.1伺服电机1244.5.2位置控制1254.6数控驱动系统1274.7习题127第5章 感应电机的旋转磁场、转差率和转矩1295.1简介1295.1.1方法概述1305.2旋转磁场1305.2.1旋转磁场的产生1325.2.2每相绕组磁场1335.2.3三相合成磁场1355.2.4旋转方向1375.2.5主（气隙）磁通和漏磁通1375.2.6旋转磁通幅值1385.2.7励磁功率和视在功率1405.2.8小结1415.3转矩产生机理1415.3.1转子结构1415.3.2转差率1435.3.3转子感应电动势和电流1435.3.4转矩1445.3.5转子电流和转矩——低转差率1455.3.6转子电流和转矩——高转差率1465.3.7发电运行——负转差率1485.4转子电流对磁通的影响1485.4.1转子电流对磁通的削弱1495.5定子电流的转速特性1505.6习题152第6章 感应电机在50/60Hz电源下运行1546.1简介1546.2笼型感应电机的起动方法1546.2.1直接起动1546.2.2星形/三角形起动1576.2.3自耦变压器起动1576.2.4串电阻或电抗起动1586.2.5固态软起动1586.2.6变频器起动1596.3加速和稳定运行1606.3.1谐波效应——转子斜槽1616.3.2大惯量负载——过热1626.3.3稳态转子损耗和效率1636.3.4稳态稳定性——失步转矩和失速1636.4转矩-转速曲线——转子参数的影响1646.4.1笼型转子1646.4.2双笼型和深槽型转子1656.4.3绕线转子感应电机的起动和加速1676.5供电电压对转矩-转速曲线的影响1676.6发电运行1696.6.1发电运行区域1696.6.2自励感应发电机1706.6.3风力发电用双馈感应电机1726.7制动1746.7.1反接和反接制动1746.7.2能耗制动1756.8转速控制（不改变定子供电频率）1756.8.1变极电机1766.8.2高电阻笼型感应电机的调压调速1766.8.3绕线转子感应电机的转速控制1776.8.4转差能量的回馈1776.9功率因数控制和能量优化1786.10单相感应电机1796.10.1运行原理1796.10.2电容型单相电机1806.10.3分相电机1806.10.4罩极电机1816.11功率范围1826.11.1缩比——励磁问题1826.12习题183第7章 感应电机的变频运行1857.1简介1857.2变频运行1867.2.1稳态运行——最大磁通的重要性1877.2.2转矩-转速特性1897.2.3变频器限制——恒转矩和恒功率区域1907.2.4电机限制1917.2.5四象限运行能力1927.3变频器供电驱动系统的实际问题1947.3.1PWM电压源型逆变器1947.3.2电流源型逆变器1967.3.3变频器供电驱动系统的性能1977.4变频器对感应电机的影响2007.4.1噪声2007.4.2电机绝缘及长电缆线的影响2017.4.3损耗及其对电机额定值的影响2017.4.4轴电流2037.4.5“变频器专用”感应电机2037.5对公共电源的影响2047.5.1谐波电流2047.5.2功率因数2077.6变频器和电机保护2087.7习题209第8章 感应电机的磁场定向控制2108.1简介2108.2基本方法2118.2.1磁动势空间相量2118.2.2坐标变换2138.2.3瞬态和稳态电路2148.3感应电机的电路模型2168.3.1耦合电路、感应电动势和磁链2168.3.2自感和互感2178.3.3由电路模型推导转矩2188.3.4转子电流推导2188.4电流源供电条件下的电机稳态转矩2198.4.1转矩与转差率——定子电流恒定2218.4.2转矩与转差率——转子磁链恒定2228.4.3定子电流的磁通分量和转矩分量2248.5动态转矩控制2248.5.1强耦合电路的特性2258.5.2建立转子磁通2288.5.3转矩控制机理2298.6磁场定向控制的实现2318.6.1PWM控制器/矢量调制器2318.6.2转矩控制方案2348.6.3瞬态运行2378.6.4从静止状态起动2378.6.5推导转子磁通角2398.7直接转矩控制2418.7.1控制原理2428.7.2定子磁通控制和转矩控制2438.8习题245第9章 同步电机、永磁电机和磁阻电机及其驱动系统2479.1简介2479.2同步电机类型2489.2.1转子电励磁电机2509.2.2永磁电机2509.2.3磁阻电机2519.2.4磁滞电机2529.3转矩产生机理2529.3.1转子电励磁电机2539.3.2永磁电机2569.3.3磁阻电机2579.3.4凸极转子电励磁同步电机2629.3.5凸极永磁磁阻电机2639.4同步电机的恒压恒频运行2659.4.1转子电励磁电机2669.4.2永磁电机2709.4.3磁阻电机2719.4.4凸极转子电励磁同步电机2739.4.5工频起动2749.5同步电机的变频运行2759.5.1永磁电机相量图2769.5.2调速和负载情况2789.6同步电机驱动器2819.6.1简介2819.6.2转子电励磁电机2839.6.3永磁电机2899.6.4磁阻电机2909.6.5凸极永磁电机2929.7永磁电机的性能2929.7.1永磁电机的优势2929.7.2工业永磁电机2939.7.3性能特点总结2949.7.4无刷永磁电机的运行范围2969.7.5无刷永磁发电机2979.8永磁电机的新兴发展2979.8.1多极永磁电机的优点2989.8.2分段定子铁心和集中绕组2999.8.3分数槽绕组2999.9习题301第10章 步进电机和开关磁阻电机30310.1简介30310.2步进电机30410.2.1开环位置控制30410.2.2脉冲指令信号的产生及电机响应30510.2.3高速运行30610.3步进电机的工作原理30810.3.1可变磁阻型步进电机30810.3.2混合型步进电机30910.3.3小结31210.4步进电机特性31210.4.1静态转矩特性曲线31210.4.2单步运行31410.4.3定位误差和保持转矩31410.4.4半步运行31510.4.5细分运行——微步进31610.5稳态特性——理想（恒流）驱动电路31710.5.1驱动器的要求31710.5.2恒定电流下的失步转矩31810.6驱动电路和失步转矩-速度曲线32010.6.1恒压驱动器32110.6.2电流限制型驱动器32210.6.3恒流斩波型驱动器32310.6.4共振和不稳定性32510.7瞬态性能32610.7.1阶跃响应32610.7.2起动32610.7.3加速过程优化和闭环控制32710.8开关磁阻电机驱动系统32810.8.1工作原理32910.8.2转矩预测和转矩控制33010.8.3功率变换器和驱动系统特性33110.9习题332第11章 电机/驱动器的选择33411.1简介33411.2额定功率和功能33411.3驱动系统特性33811.3.1最高转速和转速范围33911.4负载要求——转矩转速特性34011.4.1恒转矩负载34011.4.2惯量匹配34411.4.3风机和水泵类负载34411.5一般应用注意事项34511.5.1再生运行和制动34511.5.2工作制和额定功率34511.5.3防护和冷却34611.5.4尺寸标准34711.5.5电源干扰和谐波34711.6习题348附录习题答案350
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前言《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》和之前的版本一样，主要用于帮助非专业人士或学生学习电机及其驱动系统。不过，我们也很高兴地得知本书得到了很多学者和工业界专家的认可，认为本书在帮助读者清晰地理解相关基本原理方面具有一定的价值。通常，专业教材对于普通读者而言过于学术和理论化，而乏味的工程手册虽然能提供更多详细的信息，但却没有机会提出作者任何真正的见解，《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》的目标就是弥合专业教材和工程手册之间的鸿沟。我们打算继续延续这种成功的方法，尽量使读者了解每种电机及驱动器的工作方式，因为我们一直认为读者只有知道了可能发生什么（及其原因），才能做出明智的判断和合理的比较。鉴于《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》是面向各个不同学科的读者，本书的各个章节都有专门的介绍性内容。其中，第1章和第2章分别对电磁能量转换和电力电子进行了入门性的介绍。这两章中的许多基本思想将贯穿于整本书中，实际上也是故意多次重复以强调其重要性。除非读者已经熟练掌握了这些基础知识，否则，明智的做法是先认真学习前两章，然后再学习本书后面的内容。在本书后续不同章节中，还包含了更多教学性的内容，例如在第8章中，将揭示磁场定向控制的奥秘。《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》涵盖了所有重要的电机和驱动器类型，包括传统直流电机和无刷直流电机、感应电机、各种类型的同步电机（包括同步磁阻电机和凸极永磁电机）、开关磁阻电机和步进电机等。其中，将重点关注感应电机、同步电机及其驱动器，这也反映了这两种电机在数量上已经占据了市场主导地位。尽管传统直流电机及其驱动器的重要性已大大降低，本书还是有意从直流电机入手，一部分原因是直流电机相对容易理解，更主要的原因是直流电机所涉及的基本原理将同样适用于其他类型的电机。经验表明，掌握了直流电机驱动系统原理的读者将发现，这些知识在帮助他们学习其他更有难度的电机时具有非常重要的价值。《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》的内容经过重新修订、更新和增补。现在的版本对第2章进行了适度的修改，能够将所有重要的功率变换器拓扑结构都涵盖在内，逆变器部分则补充了更多关于脉宽调制波形的详细内容。关于直流电机、感应电机及其驱动器的基本原理部分仅增加了少量内容，而对第8章和第9章的内容则进行了重大修改和补充。第5版第8章专门讨论磁场定向控制，这反映了它在感应电机和同步电机驱动控制中的重要性日益提高。本书对电机控制原理以一种基于物理的独特方式进行了解释，该方法建立在对本书前面章节所介绍的关于电机运行特性的理解的基础上，我们认为大量非数学方法的运用将有助于拨开一些复杂问题的神秘面纱。在第5版第9章中，对同步电机、永磁电机、磁阻电机及其驱动器的内容进行了较大程度的增补。自本书第4版发行以来，该领域出现了重大创新，尤其是在汽车、飞机和工业领域，一些新的电机拓扑结构不断涌现，包括结合了永磁和磁阻效应的混合式电机。本书介绍了相关的物理基础知识，以便读者理解和计算这些新型电机的转矩，并利用一些简单的图表阐明优化转矩所需的控制条件。应读者要求，我们在每章最后部分都提供了一些习题以及完整答案，旨在引导读者通过合理的方法来解决问题，从而加深对知识的理解。年轻的读者可能不了解过去60年来发生的根本变化，这里占用几个段落对当前进展情况进行简要剖析。过去的一个多世纪，许多不同类型的电机被开发出来，每种电机都与特定的应用紧密相关。例如，串励直流电机被视为牵引电机的不二选择，而并励直流电机虽然在外观上和串励直流电机并没有区别，但被认为非常不适合用作牵引电机。笼型感应电机一直是数量最多的一种电机，但该电机被认为仅适用于恒速运行的场合。电机类型过多的原因是，没有简单的可以改变电源电压和（或）频率的方法，从而对电机进行速度控制。因此，设计师只能被迫寻找通过电机自身内部结构变化来实现速度控制的方法。各种新颖的绕组排布和连接方式被发明出来，但即使是最好的电机，其调速范围也很有限，而且都需要笨重的电机控制装置。从20世纪60年代初开始，随着电力电子器件的影响力逐步增大，一切都发生了改变。晶闸管是第一个重大突破，它为直流电机提供了一种相对便宜、紧凑且易于控制的变速驱动器。20世纪70年代，电力电子变频器的发展是第二个重大突破，它为笼型感应电机提供了三相变频电源，从而可以控制其转速。这些重大的发展导致许多特殊电机不复存在，只留下少数几种类型的电机得到广泛应用。从模拟控制到数字控制的转变代表了巨大的进步，但是价格便宜的数字处理器的出现才引发了最近的飞跃。现在，实时建模和仿真已作为标准配置集成到感应电机和同步电机的驱动器中，从而使这些电机能够获得高水平的动态性能，而在此之前的很长一段时间里这被认为是不可能实现的。《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》的这种非正式的写作风格反映了我们的理念，即不应掩盖在掌握新思想的过程中所面临的困难。本书第5版的内容根据读者对先前版本的反馈意见进行了修改，这些反馈也支持了我们的观点。我们认为以描述为主并配合物理解释的方法是最有效的，同时尽量减少繁琐的数学推导以帮助读者理解。一些重要的概念（例如电机中固有的感应电动势，变频器开关策略，以及储能的重要性），被反复重申以加强理解，但对于那些已经“了解”了这些概念的读者来说，不会显得过于乏味。我们故意没有给出任何计算得到的磁场分布图，也没有给出任何可用电机仿真程序获得的结果。这是因为经验表明，简化的图表实际上更适合作为学习工具。在撰写《电机及其驱动：基本原理、类型与应用（原书第5版）》时，由汽车、飞机电气化和第四次工业革命“工业4.0”推动的价值1500亿美元的电驱动行业市场正在发生惊人的创新和增长，所有这些都将由电机及其驱动器实现。在如此激动人心的时刻，重要的是理解相关专业的基本技术原理，这就是本书的任务。最后，欢迎您通过出版商或以下电子邮箱地址提出反馈意见。Bill Drury（w.drury@btinternet.com）Austin Hughes(a.hughes@leeds.ac.uk）
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